电介质物理学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:机械工业出版社

作者:陈季丹

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页数:265

译者:

出版时间:1982-11

价格:2.40

装帧:平装

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《电介质物理学》：探寻物质与电场的深层互动 在浩瀚的物理学领域，电介质扮演着至关重要的角色，它们构成了无数现代科技应用的基础。从绝缘材料到存储电荷的器件，从光学元件到生物传感，电介质无处不在，深刻影响着我们对电场、磁场以及物质相互作用的理解。本书《电介质物理学》正是这样一本力求深入剖析这些物质特性及其在复杂电磁环境中所展现出的奇妙行为的专著。本书旨在为读者构建一个严谨而全面的理论框架，引领读者走进电介质科学的精妙世界。 本书的起点，是对电介质基本概念的清晰界定。我们将首先深入探讨什么是电介质，以及它为何在电学领域独树一帜。不同于导体中自由电子的奔腾，电介质中的电荷被束缚在原子或分子的束缚态中。然而，当外部电场施加时，这些束缚电荷并非纹丝不动，而是会发生微小的位移或取向变化。这种微观的响应，便是宏观上电介质能够影响电场强度的根本原因。本书将详细阐述电位移矢量（D）、电场强度矢量（E）以及电容率（ε）之间的基本关系，并引入介电常数（κ）这一关键参数，它直观地反映了电介质在电场作用下削弱电场的能力。我们将通过对不同材料，如气体、液体、固体（包括无机晶体、聚合物、陶瓷等）的结构与电介质性能之间关系的探讨，让读者体会到材料的微观结构如何决定其宏观电学行为。 深入理解电介质的本质，离不开对其微观极化机制的细致分析。本书将系统地介绍几种主要的极化机制，它们是理解电介质响应电场的关键。电子极化，源于原子核与电子云之间的相对位移，这种极化响应速度极快，几乎与频率无关。我们将利用量子力学的视角，解释电子云的形变以及由此产生的诱导偶极矩。离子极化，在具有离子键的晶体中尤为重要，它指的是正负离子晶格点之间的相对位移。本书会结合晶体结构和力学模型，分析离子极化的发生条件和响应特性。偶极极化，又称取向极化，主要发生在具有永久偶极矩的分子（如水分子）中。在无外场作用下，这些永久偶极矩的方向是随机的；但当施加电场时，它们会倾向于沿着电场方向重新排列，从而产生宏观的极化。本书将深入探讨热运动对偶极极化取向的影响，并引入动态极化理论，解释在交变电场下偶极极化的弛豫过程。此外，对于某些特殊材料，还会介绍空间电荷极化，它源于界面处电荷的不均匀分布，这种极化对低频和直流电场效应尤为显著。 电介质的响应并非总是线性的。当外加电场足够强时，电介质的极化行为可能偏离线性关系，进入非线性电介质的范畴。本书将花大量篇幅来探讨非线性光学效应，如二次谐波产生（SHG）、三次谐波产生（THG）、光学克尔效应等。这些效应在光通信、激光技术、非线性光学成像等领域有着广泛的应用。我们将从微观的介电函数张量出发，推导非线性极化率，并解释不同非线性光学现象的产生机理。此外，铁电材料的非线性特性，例如其自发极化、居里温度以及电滞回线，也将是本书重点关注的内容。我们将深入分析铁电相变，理解其温度依赖性以及在外场作用下的畴结构变化。 电介质的另一个关键特性是其介电损耗。在交变电场作用下，电介质并非完美地储存电能，一部分能量会以热量的形式损耗掉。理解介电损耗的机制对于设计高效的电介质器件至关重要。本书将深入分析介电损耗的根源，包括上述各种极化机制的弛豫过程。我们将引入损耗角正切（tanδ）和复介电常数（ε' - iε''）的概念，来量化介电损耗的大小。弛豫时间是描述介电损耗的重要参数，本书将详细讨论不同极化机制的弛豫时间及其温度和频率依赖性，并介绍 Debye 弛豫和 Cole-Cole 图等分析工具。 电介质的击穿是其性能的极限体现，也是实际应用中需要严格避免的现象。当电场强度超过某一临界值时，电介质会失去绝缘性，发生导电甚至损坏。本书将详细阐述电介质击穿的各种机制，包括热击穿、电致击穿、沿面击穿以及电树枝击穿等。我们将分析不同击穿机制的发生条件、影响因素（如材料结构、温度、湿度、电场梯度等），并介绍相关的击穿电压计算模型。理解击穿机制有助于我们选择合适的绝缘材料，并设计具有高可靠性的电介质器件。 除了静态和准静态的电场响应，本书还将探讨电介质在动态电磁场中的行为，尤其是在微波和射频频率范围内。我们将引入传播常数、阻抗匹配等概念，分析电磁波在电介质中的传播特性。介质损耗在高频下对器件性能的影响尤为显著，我们将讨论如何通过优化材料选择和器件设计来降低高频损耗。本书还将简要介绍表面声波（SAW）器件和压电材料在微波和射频领域的应用，这些都与电介质的动态特性息息相关。 在材料科学的飞速发展下，新型电介质材料不断涌现。本书将关注一些前沿的电介质研究方向。例如，高介电常数材料在电容器领域具有巨大的应用潜力，它们能够大幅提高器件的能量密度。低介电常数材料（低-k 材料）在集成电路互连线中至关重要，它们可以减小信号延迟和串扰。压电材料能够将机械能与电能相互转换，在传感器、执行器和声表面波器件中发挥着不可替代的作用。焦电材料和热释电材料对温度变化敏感，常用于红外探测器。铁电材料作为一种重要的功能材料，在存储器、传感器、逻辑器件等方面具有广泛的应用前景。本书将对这些新型电介质的结构、性能、制备工艺以及潜在应用进行深入的介绍和分析，力求展现电介质科学的最新进展。 在应用层面，本书将通过丰富的实例，展示电介质在各个领域的重要作用。电容器作为最基础的储能元件，其性能直接取决于所用电介质的介电常数、击穿强度和损耗。绝缘材料是电力传输和电子设备安全运行的基石，其可靠性直接关系到系统的稳定性和安全性。传感器和执行器则充分利用了电介质的压电、焦电、铁电等特性，实现对物理量的精确测量和控制。光学器件，如光学晶体、非线性光学材料，则依赖于电介质的特殊光学响应。此外，本书还将触及电介质在生物电子学、柔性电子学等新兴领域的应用。 为了帮助读者更好地理解复杂的概念，本书将采用严谨的数学推导，但同时注重物理图像的清晰呈现。在适当的地方，将引入实验观测和测量方法，使理论与实践相结合。本书还包含大量的图表和插图，以直观地展示各种电介质现象和材料结构。 总而言之，《电介质物理学》旨在为广大读者，包括物理学、材料科学、电子工程等相关专业的学生、研究人员和工程师，提供一个深入、全面且实用的电介质科学学习平台。通过对本书的学习，读者将能够深刻理解电介质的物理本质，掌握分析和设计电介质器件的关键理论和方法，并为未来在该领域的研究和应用打下坚实的基础。本书不仅是一部学术专著，更是一扇通往理解物质世界深层奥秘的窗口。

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这本书的装帧设计实在是太吸引人了，封面那深邃的蓝色调，配上烫金的书名“电介质物理学”，立刻就给人一种专业而又不失典雅的感觉。我拿到手的时候，首先被它的厚度震撼了一下，拿在手里沉甸甸的，感觉内容一定非常充实。内页的纸张质量也相当不错，光洁细腻，即使用钢笔书写也不会洇墨，这对需要时常做笔记的读者来说简直是福音。排版上，作者显然花了不少心思，图文并茂的布局让人在阅读那些复杂的公式和理论时，不至于感到枯燥乏味。那些复杂的物理模型和实验装置图，都清晰地展示在读者面前，辅助理解那些抽象的概念。比如在讨论介电弛豫的时候，配上的那些分子结构动态图，简直是神来之笔，让我一下子就明白了偶极矩在交变电场中的行为。总的来说，从拿到书本的那一刻起，我就知道这是一本被用心对待的作品，它的物理形态本身就构成了一种对知识的尊重。

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这本书的理论深度着实令人佩服，它并没有停留在教科书式的浅尝辄止，而是将电介质领域的前沿研究也穿插其中，展现了一种面向未来的学术视野。阅读过程中，我发现作者在阐述高频响应和非线性电介质效应时，所引用的文献资料极为广泛且具有代表性，这无疑增加了内容的可信度和权威性。尤其是在量子力学视角下的介电常数解释部分，作者没有回避那些数学上的复杂性，而是用一种近乎于“庖丁解牛”的精细手法，层层递进地剖析了微观机制，这对于有一定物理基础的读者来说，是极大的精神享受。我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的类比手法，比如用宏观的机械振动来类比介质内的极化过程，这种跨学科的思维碰撞，极大地拓宽了我对这一领域的认识边界，感觉自己不只是在学习知识点，而是在构建一个完整的物理图景。

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从一个实践者的角度来看，这本书的实用价值被低估了。尽管名字听起来非常理论化，但其中关于电介质材料筛选、介电损耗评估以及特定应用场景（比如高压电缆绝缘、薄膜电容器设计）的章节，简直就是一本高级的工程师手册。作者详尽地列举了不同温度、湿度乃至机械应力对介电性能的影响曲线和实验数据，这些数据并非是孤立的参数堆砌，而是被巧妙地整合在对材料内在物理机制的讨论之中。我曾经为某个材料的击穿电压问题困扰良久，翻阅到其中关于空间电荷积累和陷阱态的章节后，豁然开朗，找到了解决问题的关键突破口。这种从理论到实践的无缝对接，体现了作者深厚的工程背景，让这本书超越了单纯的学术专著，成为了一本值得常置于案头的工具书。

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这本书的叙事节奏掌握得非常好，它不像某些学术著作那样板起面孔，而是带着一种温和的引导性，仿佛一位经验丰富的导师在身旁细细道来。初学者可能会觉得开篇的静电学基础部分略显繁复，但耐心读下去就会明白，这些看似基础的铺垫，实则是为后面讨论铁电、焦电等复杂现象打下不可动摇的地基。作者的语言风格是严谨而不失文采的，偶尔出现的幽默感或对历史背景的简短回顾，都恰到好处地舒缓了阅读的疲劳感。例如，在讲述居里夫人早期在压电效应研究中的贡献时，那种对科学探索精神的赞美，让人在学习硬核知识的同时，也能感受到科学史的魅力。这种平衡感，使得这本书不仅是知识的载体，更像是一场深邃而引人入胜的科学之旅。

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这本书的结构逻辑严密得令人称奇，它构建了一个从宏观现象到微观粒子，再到宏观应用的全景式知识体系。章节之间的衔接极为自然，后一章的内容总是能巧妙地承接前一章留下的悬念或遗留问题。比如，在详细分析了晶格振动对介电响应的贡献后，紧接着就引入了极化机制的分类，这种递进关系使得知识点的学习曲线非常平滑。我特别喜欢作者在每章末尾设置的“思考与展望”部分，它不是简单地总结，而是抛出一些当前尚未完全解决的难题或者未来可能的研究方向，这极大地激发了读者的批判性思维和自主探索的欲望。它引导我不仅仅满足于书本上给出的答案，更要去思考“为什么是这样”，以及“未来可以如何改进”，对于正在进行毕业设计或科研起步阶段的学生来说，这本书无疑是一盏指明方向的灯塔。

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